JP2011135395A - アナログ信号変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データサイズが８ビットに制限される宇宙機において、サーミスタの非線形アナログ信号を精度良く８ビットのデジタル信号に変換することを目的とする。
【解決手段】デジタル処理部２２０はサーミスタ１０１から出力された非線形アナログ信号１１１を信号の強さに応じて１６ビットの非線形デジタル信号１１２に変換する。デジタル処理部２２０はリニアライズ計算ロジック２２１を記憶している。リニアライズ計算ロジック２２１は、１６ビット値と、１６ビット値に相当する計測温度を線形アナログ信号で表した場合の当該線形アナログ信号の信号の強さに相当する８ビット値とを対応付けている。１６／８ビット変換部２２２は非線形デジタル信号１１２の１６ビット値に対応する８ビット値をリニアライズ計算ロジック２２１に基づいて特定し、特定した８ビット値を表す線形デジタル信号１１３を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、宇宙機に設置されたサーミスタから出力されるアナログ信号を変換するアナログ信号変換装置に関するものである。

宇宙機の開発において、通常、宇宙機から地上設備に伝送するアナログデータは１つのデータ（テレメトリ）に対して８ビットであることが多かった。宇宙機から地上設備への通信データ量の関係からテレメトリのデータ量を制限する意味合いがある。
これに合わせて地上設備も作られており、地上設備では８ビット（２５６階調）のテレメトリをアナログデータへ変換していた。

直線的な変換（変換比が一定）であれば十分な精度を出せてはいたが、実際に直線的な変換であることは少なく、校正カーブと言われる工学値曲線に即した変換が行われていた。

工学値曲線の勾配が大きい部分では、１ビットあたりのデータの幅が大きく、精度が悪くなるという問題があった。

従来のアナログ変換回路は、サーミスタなどのアナログセンサの出力（アナログデータ）を単純にアンプで増幅し、８ビットのＡ／Ｄ変換回路に入力していた。
そのため、工学値変換曲線の勾配の大きな部分に相当するアナログデータに対して、十分な精度が出せないでいた。

特開２０００−２８０９９８号公報 特開２００２−２０５６９７号公報 特開２００８−２７７９０８号公報 実開平２−８６２３４号公報 特開平４−１５０１１７号公報 特開平１０−２２１１２７号公報

本発明は、例えば、アナログセンサの出力から高い精度の計測値を所定のビット数で得られるようにすることを目的とする。

本発明のアナログ信号変換装置は、
信号の強さと信号の強さによって表される計測値とが非線形に対応している非線形アナログ信号を入力し、入力した非線形アナログ信号を信号の強さに対応する第一ビット数の値に変換し、変換により得られた第一ビット数の値を表す第一デジタル信号を出力するアナログ信号変換部と、
第一ビット数の値と、非線形アナログ信号の信号の強さと計測値とが線形になるような第二ビット数の値とを対応付けたリニアライズ変換情報を記憶し、前記アナログ信号変換部から出力された第一デジタル信号を入力し、入力した第一デジタル信号によって表される第一ビット数の値に対応する第二ビット数の値を前記リニアライズ変換情報に基づいて特定し、特定した第二ビット数の値を表す第二デジタル信号を出力するデジタル信号処理部とを備える。

本発明によれば、例えば、アナログセンサの出力（非線形アナログ信号）から高い精度の計測値を所定のビット数（第二ビット数）で得ることができる。

実施の形態１における高精度センサ１００の構成図。 実施の形態１におけるサーミスタ１０１の非線形特性を示すグラフ。 ８ビットＡ／Ｄ変換器と１２ビットＡ／Ｄ変換器との精度比較を示した表。 実施の形態１におけるリニアライズ計算ロジック２２１の概要図。 実施の形態１におけるリニアライズ計算ロジック２２１を表すテーブル。 従来のＡ／Ｄ変換回路の構成図。 実施の形態２における高精度センサ１００の構成図。 実施の形態２におけるリニアライズゲイン情報３１１の概要図。 実施の形態２におけるリニアライズゲイン情報３１１を表すテーブル。

実施の形態１．
サーミスタから出力される非線形アナログ信号の値を線形アナログ信号に相当する値へデジタル処理で変換（リニアライズ）する形態について説明する。
サーミスタは非線形アナログ信号を出力するアナログセンサの一例である。サーミスタ以外のアナログセンサを対象にしても構わない。

図１は、実施の形態１における高精度センサ１００の構成図である。
実施の形態１における高精度センサ１００の構成について、図１に基づいて以下に説明する。

高精度センサ１００は、複数のサーミスタ１０１（一つのみ図示する）と複数のサーミスタ１０１に接続する一つのＡ／Ｄ変換回路２００（アナログ信号変換回路の一例）とを備える。但し、サーミスタ１０１毎にＡ／Ｄ変換回路２００を備えても構わない。

高精度センサ１００は、宇宙機（例えば、人工衛星）に搭載され、宇宙機の各所の温度をサーミスタ１０１によって計測する。
高精度センサ１００は、サーミスタ１０１から出力されるアナログ信号（後述する非線形アナログ信号１１１）をＡ／Ｄ変換回路２００によって８ビットのデジタル信号（後述する線形デジタル信号１１３）に変換する。高精度センサ１００は、変換により得られたデジタル信号を出力する。

宇宙機は、高精度センサ１００から出力されたデジタル信号をテレメトリデータとして地上局（装置）へ送信する。
地上局は、宇宙機から送信されたテレメトリデータを受信し、受信したテレメトリデータに基づいて宇宙機の各所の温度を監視（モニタリング）する。この監視を「ＨＫテレメトリ（ＨＫ：ハウスキーピング）」という

宇宙機と地上局との通信の制約により、テレメトリデータは８ビット（２５６階調）で表す必要がある。地上局はテレメトリデータが８ビットであることを前提に構成されている。
このため、高精度センサ１００はテレメトリデータとして８ビットの値を表すデジタル信号を出力する必要がある。

サーミスタ１０１は、宇宙機の各所（例えば、スラスター、パドル）に設置され、計測した温度を信号の強さ（電圧値）によって表すアナログ信号を出力する。
サーミスタ１０１は図２に示すような非線形特性を有する。このため、サーミスタ１０１から出力されるアナログ信号は、信号の強さと計測温度（計測値の一例）とが非線形に対応する。

図２は、実施の形態１におけるサーミスタ１０１の非線形特性を示すグラフである。
実施の形態１におけるサーミスタ１０１の非線形特性について、図２に基づいて以下に説明する。

図２に示す曲線「校正カーブ」はサーミスタ１０１の非線形特性を示している。校正カーブは「工学値変換曲線」とも呼ばれる。

サーミスタ１０１は、周囲の温度「サーミスタ温度」に応じて抵抗値「サーミスタ抵抗値」が非線形に変化するという非線形特性を有する。
例えば、サーミスタ温度が高い場合、サーミスタ抵抗値は小さく、単位温度（例えば、１度）当たりのサーミスタ抵抗値の変化量は小さい（図中Ａ）。
また、サーミスタ温度が低い場合、サーミスタ抵抗値は大きく、単位温度当たりのサーミスタ抵抗値の変化量は大きい（図中Ｂ）。

サーミスタ１０１には定電流源１０２から定電流が流れるため（図１参照）、サーミスタ１０１から出力されるアナログ信号の電圧はサーミスタ抵抗値に比例する。
したがって、サーミスタ１０１から出力されるアナログ信号は、信号の強さ（電圧）と計測温度とが非線形に対応している。

言い換えると、サーミスタ１０１から出力されるアナログ信号は、単位強さ当たりの温度変化の大きさが信号の強さによって異なる。「単位強さ当たりの温度変化の大きさ」は校正カーブの勾配（傾きの大きさ）に相当する。
信号の強さ（電圧値）が小さい部分（図中Ａ）では校正カーブの勾配は大きく、信号の強さが大きい部分（図中Ｂ）では校正カーブの勾配は小さい。

以下、サーミスタ１０１から出力されるアナログ信号を「非線形アナログ信号１１１」という。

また、信号の強さと計測温度とが線形に対応しているアナログ信号を「線形アナログ信号」という。
線形アナログ信号は、単位強さ当たりの温度変化の大きさが信号の強さによって変わらない。例えば、線形アナログ信号の線形特性は図中の点Ｃと点Ｄとを結んだ直線（図示省略）として表される。

図１に戻り、高精度センサ１００の説明を続ける。

Ａ／Ｄ変換回路２００は、サーミスタ１０１から出力された非線形アナログ信号１１１を１６ビットのデジタル信号に変換し、変換により得られたデジタル信号を８ビットの線形デジタル信号１１３へ変換する。Ａ／Ｄ変換回路２００は、変換により得られた８ビットの線形デジタル信号１１３を出力する。
「８ビットの線形デジタル信号１１３」は、サーミスタ１０１が線形アナログ信号を出力する場合にその線形アナログ信号を変換して得られる８ビットのデジタル信号に相当する。

Ａ／Ｄ変換回路２００は、入力端子２０１、バッファアンプ２０２、１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０（アナログ信号変換部の一例）、デジタル処理部２２０（デジタル信号処理部の一例）および出力端子２０３を備える。
１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０とデジタル処理部２２０とは、非線形アナログ信号１１１を線形デジタル信号１１３に変換するリニアライザ２９９を構成する。

サーミスタ１０１から出力された非線形アナログ信号１１１はＡ／Ｄ変換回路２００の入力端子２０１に入力される。

バッファアンプ２０２は、入力端子２０１に入力された非線形アナログ信号１１１を入力する。
バッファアンプ２０２は、入力した非線形アナログ信号１１１を所定のゲイン（利得、増幅率）で増幅し、増幅後の非線形アナログ信号１１１を出力する。
非線形アナログ信号１１１を後段の１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０でＡ／Ｄ変換するため、非線形アナログ信号１１１はバッファアンプ２０２によって増幅される。

１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０は、バッファアンプ２０２から出力された非線形アナログ信号１１１を入力する。
１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０は、入力した非線形アナログ信号１１１を、信号の強さに対応する１６ビット（第一ビット数の一例）の値に変換する。
１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０は、変換により得られた１６ビットの値を表すデジタル信号を出力する。

以下、１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０から出力されるデジタル信号を「非線形デジタル信号１１２（第一デジタル信号の一例）」という。

従来の宇宙機のセンサでは８ビットＡ／Ｄ変換器を用いているが、実施の形態１では１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０を用いる。１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０を用いることにより高い精度で計測温度を表すことができる。

図３は、８ビットＡ／Ｄ変換器と１２ビットＡ／Ｄ変換器との精度比較を示した表である。
８ビットＡ／Ｄ変換器により得られる非線形デジタル信号（８ビット値）と１２ビットＡ／Ｄ変換器により得られる非線形デジタル信号（１２ビット値）との精度差について、図３に基づいて以下に説明する。

まず、説明の前提とするサーミスタについて説明する。
宇宙機のＨＫ温度テレメトリにおいて、「ＧＳＦＣ認定３１１Ｐ１８型」のサーミスタが多く使用されている。
このサーミスタは、サーミスタ温度「２５度」におけるサーミスタ抵抗値が「２２５２Ω」である。
サーミスタには適当な抵抗が並列に接続される。サーミスタの出力電圧（非線形アナログ信号の信号の強さ）を定電流源１０２が動作する電圧範囲内に抑えるためである。例えば、「４７００Ω」の抵抗をサーミスタに並列に接続する。
サーミスタに流す定電流を「１．３５ｍＡ」とする。

この場合、計測範囲「−４０〜１５０度」におけるサーミスタの出力電圧の範囲は「５．９７５〜０．０５６Ｖ（ボルト）」となる。

８ビットＡ／Ｄ変換器と１２ビットＡ／Ｄ変換器とにおいて「５．９７５Ｖ」をフルビットで表すものとする。つまり、「５．９７５Ｖ」は、８ビットＡ／Ｄ変換器では「２５６」に変換され、１２ビットＡ／Ｄ変換器では「４０９６」に変換される。
このとき、「１」当たり電圧値は、８ビットＡ／Ｄ変換器で「２３．３４０ｍＶ（＝５．９７５Ｖ／２５６）」、１２ビットＡ／Ｄ変換器で「１．４５９ｍＶ（＝５．９７５Ｖ／４０９６）」となる。

この結果、８ビットＡ／Ｄ変換器を用いた場合、「１００度（０．２Ｖ）」は「９（＝０．２Ｖ／２３．３４０ｍＶ）」で表され、「１５０度（０．０５６Ｖ）」は「２（＝０．０５６Ｖ／２３．３４０ｍＶ）」で表される。
このとき、「１００〜１５０度」の変換値の範囲が「２〜９」であるから、分解能（「１」当たりの温度差）は平均で「約７度（＝５０度／７）」である。

一方、１２ビットＡ／Ｄ変換器を用いた場合、「１００度（０．２Ｖ）」は「１３７（＝０．２Ｖ／１．４５９ｍＶ）」で表され、「１５０度（０．０５６Ｖ）」は「３８（＝０．０５６／１．４５９ｍＶ）」で表される。
このとき、「１００〜１５０度」の変換値の範囲が「３８〜１３７」であるから、分解能は平均で「約０．５度（＝５０度／９９）」である。
非線形特性があるため、１００度未満の温度での分解能はさらに良い。

したがって、上記の前提条件において１２ビットＡ／Ｄ変換器を用いれば、非線形特性を考慮しても「１度」以下の分解能が得られるものとと考えられる。

１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０を用いれば、さらに高い精度で計測温度を表すことができる。

図１に戻り、高精度センサ１００の説明を続ける。

デジタル処理部２２０は、ロジック記憶部２２９（メモリ）と１６／８ビット変換部２２２とを備える。例えば、デジタル処理部２２０はマイクロプロセッサで構成される。
ロジック記憶部２２９には、予め、リニアライズ計算ロジック２２１（リニアライズ変換情報の一例）を記憶しておく。

リニアライズ計算ロジック２２１は、１６ビット値と特定の８ビット値（第二ビット数の値の一例）とを対応付ける情報である。
「特定の８ビット値」とは、対応する１６ビット値に相当する計測温度を線形アナログ信号で表した場合に当該線形アナログ信号をＡ／Ｄ変換して得られる８ビット値のことである。

リニアライズ計算ロジック２２１を用いて１６ビット値を８ビット値に変換することにより、非線形アナログ信号１１１の信号の強さと計測温度とが線形に対応するような８ビット値を得ることができる。

例えば、リニアライズ計算ロジック２２１は、テーブル（対応表）や数式として構成される。

図４は、実施の形態１におけるリニアライズ計算ロジック２２１の概要図である。
実施の形態１におけるリニアライズ計算ロジック２２１の概要について、図４に基づいて以下に説明する。

図４に示す線形特性は、図２に示した校正カーブにおいて横軸の「サーミスタ抵抗値」「サーミスタ電圧値」を「階調」に置き換えたものである。
「サーミスタ電圧値」が大きいほど「階調」は大きく、「サーミスタ電圧値」が小さいほど「階調」は小さい。
「階調」は１６ビット値および８ビット値のことである。

例えば、「１〜２５度」を計測範囲とする。
線形アナログ信号の線形特性として、「１」当たりの温度を「０．１度」とする。すなわち、「１度」当たりの８ビット値を「１０」とする。

リニアライズ計算ロジック２２１は、「１０度」に相当する非線形デジタル信号１１２の１６ビット値「９７８１」と、「１０度」に相当する線形特性の８ビット値「１００」とを対応付ける。
同様に、リニアライズ計算ロジック２２１は、１６ビット値「１９５６」「２９３４２」「６５５３０」をそれぞれ、８ビット値「２５０」「５０」「１０」と対応付ける。

図５は、実施の形態１におけるリニアライズ計算ロジック２２１を表すテーブルである。
図４で説明したリニアライズ計算ロジック２２１を表すテーブルを図５に示す。

図５に示すように、リニアライズ計算ロジック２２１は、非線形特性の１６ビット値と線形特性の８ビット値とを対応付けた情報である。
リニアライズ計算ロジック２２１は、数式であっても構わない。

図１に戻り、高精度センサ１００の説明を続ける。

１６／８ビット変換部２２２は、１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０から出力された非線形デジタル信号１１２を入力する。
１６／８ビット変換部２２２は、入力した非線形デジタル信号１１２が表す１６ビット値を特定し、特定した１６ビット値に対応する８ビット値をリニアライズ計算ロジック２２１に基づいて特定する。
１６／８ビット変換部２２２は、特定した８ビット値を表すデジタル信号を出力する。

例えば、１６／８ビット変換部２２２は、非線形デジタル信号１１２の１６ビット値が「９７８１」である場合、図５のリニアライズ計算ロジック２２１に基づいて８ビット値「１００」を特定する。

以下、１６／８ビット変換部２２２から出力されるデジタル信号を「線形デジタル信号１１３（第二デジタル信号の一例）」という。

１６／８ビット変換部２２２から出力された線形デジタル信号１１３は出力端子２０３から所定の装置に出力される。

例えば、線形デジタル信号１１３は宇宙機の通信装置（図示省略）に出力され、通信装置によりテレメトリデータとして地上局へ送信される。
地上局は線形デジタル信号１１３を受信し、受信した線形デジタル信号１１３に基づいて計測温度を特定する。
例えば、地上局は、線形デジタル信号１１３の線形特性として「１」当たりの温度が「０．１度」で定義されている場合、線形デジタル信号１１３の８ビット値に「０．１度」を掛けた値を計測温度として算出する。線形デジタル信号１１３の８ビット値が「１００」である場合、計測温度は「１０度（＝１００×０．１度）」である。

例えば、線形デジタル信号１１３は宇宙機の温度制御装置（図示省略）に出力される。
温度制御装置は線形デジタル信号１１３に基づいて計測温度を特定する。
温度制御装置は、特定した計測温度が所定の温度でない場合、計測を行ったサーミスタ１０１の設置場所の温度が所定の温度になるように温度調整する。

実施の形態１において、例えば、以下のような高精度センサ１００について説明した。

高精度センサ１００は、より高精度なアナログ変換を可能としたＡ／Ｄ変換回路２００を備える。

Ａ／Ｄ変換回路２００は、以下の構成を有する。
（１）センサの出力信号（非線形アナログ信号１１１）を入力する入力部（入力端子２０１）
（２）センサの出力信号を１６ｂｉｔに変換するＡ／Ｄ変換部（１６ビットＡ／Ｄ変換器２１０）
（３）アナログ信号の特性のリニアライズ計算ロジック２２１を有し、１６ｂｉｔを８ｂｉｔに変換するデータ変換部（デジタル処理部２２０）
（４）データ変換部より出力された８ｂｉｔを出力する出力部（出力端子２０３）

Ａ／Ｄ変換部は、デジタル変換後のデータ精度が粗くなってしまう部分を１６ｂｉｔで判断することにより、より良い精度でＡ／Ｄ変換を行うことができる。
また、データ変換部は、実際のデータに合わせた変換式または変換テーブルを用いて１６ｂｉｔを８ｂｉｔに戻す。これにより、従来と変わらず８ｂｉｔを出力できるため、周辺の回路に対して影響を与えず、精度のみを向上させることができる。

Ａ／Ｄ変換回路２００は、地上監視員によるモニタリングの信頼性の向上に貢献することができる。
Ａ／Ｄ変換回路２００は、衛星の自律化の高度化に貢献する基本的な回路に適用できる。
例えば、非線形性の少ない高価なサーミスタ（例えば、白金センサ）を用いなくても、Ａ／Ｄ変換回路２００によって精度の良い計測温度を得られる。そのため、Ａ／Ｄ変換回路２００を空調機（ヒーター）の自動制御に用いることもできる。

地上での温度計測（例えば、冷蔵庫の温度計測）では温度変化があまり大きくないため、サーミスタの非線形特性は計測精度にあまり影響しない。
一方、宇宙機では温度変化が大きいため、サーミスタの非線形特性が計測精度に大きく影響する。
Ａ／Ｄ変換回路２００は、宇宙機のように温度変化が大きいものに特に効果的である。

地上での温度計測ではデータサイズの制約はあまり無いため、サーミスタの非線形アナログ信号を１６ビットまたはもっと大きなビットで表すことにより、ある程度の計測精度を得ることも可能である。
一方、宇宙機では地上局との通信の制約のため、サーミスタの非線形アナログ信号を８ビットで表す必要がある。
Ａ／Ｄ変換回路２００は、宇宙機のようにデータサイズの制約があるものに特に効果的である。

サーミスタはアナログセンサの一例である。
Ａ／Ｄ変換回路２００は、サーミスタ以外のアナログセンサの信号変換に用いても構わない。

図６は、従来のＡ／Ｄ変換回路の構成図である。
図６に示すように、従来のＡ／Ｄ変換回路は、サーミスタ１０１から出力された非線形アナログ信号を８ビットＡ／Ｄ変換器１９２によって８ビットのデジタル信号に変換し、変換により得られた８ビットのデジタル信号を出力する。
従来の構成では、計測温度が高い場合、サーミスタ１０１の抵抗値（および電圧値）の変化が小さいため、８ビットのデジタル信号が示す計測温度の精度は悪い。
従来の構成で高い精度を得るには、サーミスタ１０１を高価なサーミスタに取り換える必要がある。
実施の形態１で説明したＡ／Ｄ変換回路２００は、高価なサーミスタを用いなくても高い精度を得ることができる。

実施の形態２．
非線形アナログ信号の値から線形アナログ信号に相当する値へのリニアライズをアナログ処理で行う形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態１と同様である。

図７は、実施の形態２における高精度センサ１００の構成図である。
実施の形態２における高精度センサ１００の構成について、図７に基づいて以下に説明する。

高精度センサ１００は、サーミスタ１０１とＡ／Ｄ変換回路３００（アナログ信号変換回路の一例）とを備える。
Ａ／Ｄ変換回路３００は、実施の形態１（図１参照）のＡ／Ｄ変換回路２００に相当する構成である。

高精度センサ１００は、サーミスタ１０１から出力される非線形アナログ信号１１１をＡ／Ｄ変換回路３００によって８ビットの線形デジタル信号１１３に変換し、変換により得られた線形デジタル信号１１３を出力する。

実施の形態１（図２参照）で説明したように、サーミスタ１０１はサーミスタ温度（計測温度）とサーミスタ抵抗値とが非線形に対応する非線形特性を有する。サーミスタ１０１から出力される非線形アナログ信号１１１は信号の強さ（電圧値）と計測温度とが非線形に対応する。

Ａ／Ｄ変換回路３００は、サーミスタ１０１から出力された非線形アナログ信号１１１を線形アナログ信号に相当する信号の強さに増幅する。
Ａ／Ｄ変換回路３００は、増幅後の非線形アナログ信号１１１（後述する線形アナログ信号１１５）（増幅アナログ信号の一例）を８ビットの線形デジタル信号１１３に変換する。
Ａ／Ｄ変換回路３００は、変換により得られた線形デジタル信号１１３を出力する。

Ａ／Ｄ変換回路３００は、入力端子３０１、バッファアンプ３０２、ゲインコントローラ３１０（ゲインコントローラの一例）、プログラマブルゲインアンプ３２０（増幅器の一例）、Ａ／Ｄ変換器３３０（アナログ信号変換部の一例）および出力端子３０３を備える。
入力端子３０１、バッファアンプ３０２および３０３はそれぞれ、実施の形態１（図１参照）における入力端子２０１、バッファアンプ２０２および出力端子２０３に相当する。
ゲインコントローラ３１０とプログラマブルゲインアンプ３２０とは、非線形アナログ信号１１１を線形アナログ信号１１５に変換するリニアライザ３９９を構成する。

サーミスタ１０１から出力された非線形アナログ信号１１１はＡ／Ｄ変換回路３００の入力端子３０１に入力される。

バッファアンプ３０２は、入力端子３０１に入力された非線形アナログ信号１１１を入力する。
バッファアンプ３０２は、入力した非線形アナログ信号１１１を所定のゲインで増幅し、増幅後の非線形アナログ信号１１１を出力する。

ゲインコントローラ３１０はメモリ（図示省略）を備える。メモリには、予め、リニアライズゲイン情報を記憶しておく。例えば、ゲインコントローラ３１０はマイクロプロセッサで構成される。

リニアライズゲイン情報は、非線形アナログ信号１１１の信号の強さ（電圧値）と線形ゲイン値１１４とを対応付ける情報である。
「線形ゲイン値１１４」とは、対応する非線形アナログ信号１１１の信号の強さに対する特定の線形アナログ信号の信号の強さの比率のことである。
「特定の線形アナログ信号」とは、対応する非線形アナログ信号１１１が表す計測温度と同じ計測温度を表す線形アナログ信号のことである。

非線形アナログ信号１１１をリニアライズゲイン情報に示されるゲイン値に応じて増幅することにより、非線形アナログ信号１１１の信号の強さと計測温度とが線形に対応するようなアナログ信号（線形アナログ信号１１５）を得ることができる。

例えば、リニアライズゲイン情報は、テーブルや数式として構成される。

図８は、実施の形態２におけるリニアライズゲイン情報３１１の概要図である。
実施の形態２におけるリニアライズゲイン情報３１１の概要について、図８に基づいて以下に説明する。

例えば、「１〜２５度」を計測範囲とする。
線形アナログ信号の線形特性として、「０．２Ｖ」当たりの温度を「１度」とする。

「１０度」に相当する非線形アナログ信号１１１の電圧「１．０２４Ｖ」は、「１０度」に相当する線形特性の電圧「３．２００Ｖ」に対応する。
このとき、必要なゲインは「３．１２５（＝３．２００Ｖ／１０２４Ｖ）」となる。
リニアライズゲイン情報３１１は、非線形アナログ信号１１１の電圧値「１．０２４Ｖ」とゲイン値「３．１２５」とを対応付ける。

図９は、実施の形態２におけるリニアライズゲイン情報３１１を表すテーブルである。
図８で説明したリニアライズゲイン情報３１１を表すテーブルを図９に示す。

図９に示すように、リニアライズゲイン情報３１１は、非線形アナログ信号１１１の電圧値「非線形電圧値」と線形ゲイン値とを対応付けた情報である。
リニアライズゲイン情報３１１は、数式であっても構わない。

図７に戻り、高精度センサ１００の説明を続ける。

ゲインコントローラ３１０は、バッファアンプ３０２から出力された非線形アナログ信号１１１を入力する。
ゲインコントローラ３１０は、入力した非線形アナログ信号１１１の信号の強さに対応する線形ゲイン値１１４をリニアライズゲイン情報３１１に基づいて特定し、特定した線形ゲイン値１１４をプログラマブルゲインアンプ３２０へ出力する。

例えば、ゲインコントローラ３１０は、非線形アナログ信号１１１の信号の強さが「１．０２４Ｖ」である場合、図９のリニアライズゲイン情報３１１に基づいて線形ゲイン値「３．１２５」を特定する。
ゲインコントローラ３１０は、プログラマブルゲインアンプ３２０のゲインを線形ゲイン値「３．１２５」に変更させる制御信号をプログラマブルゲインアンプ３２０へ出力する。

従来の宇宙機のセンサでは非線形アナログ信号１１１をＡ／Ｄ変換のために所定のゲインで増幅しているが、実施の形態２では非線形アナログ信号１１１をプログラマブルゲインアンプ３２０により線形ゲインで増幅している。
非線形アナログ信号１１１を線形ゲインで増幅することにより高い精度で計測温度を表すことができる。

プログラマブルゲインアンプ３２０は、ゲインを変更することができる増幅器である。
プログラマブルゲインアンプ３２０は、ゲインコントローラ３１０から出力された線形ゲイン値１１４（または、その制御信号）を入力し、現在設定されているゲインを線形ゲイン値１１４が表すゲイン（線形ゲイン）に変更する。

プログラマブルゲインアンプ３２０は、入力端子３０１に入力された非線形アナログ信号１１１を入力する。
プログラマブルゲインアンプ３２０は、入力した非線形アナログ信号１１１を線形ゲインで増幅し、増幅後の非線形アナログ信号１１１を出力する。
以下、プログラマブルゲインアンプ３２０から出力される増幅後の非線形アナログ信号１１１を「線形アナログ信号１１５」という。

例えば、プログラマブルゲインアンプ３２０は、非線形アナログ信号１１１の電圧「１．０２４Ｖ」を線形ゲイン「３．１２５」で増幅し、電圧「３．２００Ｖ」の線形アナログ信号１１５を出力する。

Ａ／Ｄ変換器３３０は、ゲインコントローラ３１０から出力された線形アナログ信号１１５を入力する。
Ａ／Ｄ変換器３３０は、入力した線形アナログ信号１１５を、信号の強さに対応する８ビット（所定のビット数の一例）の値に変換する。
Ａ／Ｄ変換器３３０は、変換により得られた８ビットの値を表す線形デジタル信号１１３を出力する。

例えば、Ａ／Ｄ変換器３３０は、「０．０２Ｖ」を８ビット値「１」で表す場合、線形アナログ信号１１５の電圧「３．２００Ｖ」を８ビット値「１６０（＝３．２Ｖ／０．０２Ｖ）」に変換する。

Ａ／Ｄ変換器３３０から出力された線形デジタル信号１１３は出力端子３０３から宇宙機の所定の装置に出力される。

実施の形態２は、実施の形態１と同様の効果を奏する。

１００ 高精度センサ、１０１ サーミスタ、１０２ 定電流源、１１１ 非線形アナログ信号、１１２ 非線形デジタル信号、１１３ 線形デジタル信号、１１４ 線形ゲイン値、１１５ 線形アナログ信号、１９１ バッファアンプ、１９２ ８ビットＡ／Ｄ変換器、２００ Ａ／Ｄ変換回路、２０１ 入力端子、２０２ バッファアンプ、２０３ 出力端子、２１０ １６ビットＡ／Ｄ変換器、２２０ デジタル処理部、２２１ リニアライズ計算ロジック、２２２ １６／８ビット変換部、２２９ ロジック記憶部、２９９ リニアライザ、３００ Ａ／Ｄ変換回路、３０１ 入力端子、３０２ バッファアンプ、３０３ 出力端子、３１０ ゲインコントローラ、３１１ リニアライズゲイン情報、３２０ プログラマブルゲインアンプ、３３０ Ａ／Ｄ変換器、３９９ リニアライザ。

Claims (6)

1. 信号の強さと信号の強さによって表される計測値とが非線形に対応している非線形アナログ信号を入力し、入力した非線形アナログ信号を信号の強さに対応する第一ビット数の値に変換し、変換により得られた第一ビット数の値を表す第一デジタル信号を出力するアナログ信号変換部と、
   第一ビット数の値と、非線形アナログ信号の信号の強さと計測値とが線形になるような第二ビット数の値とを対応付けたリニアライズ変換情報を記憶し、前記アナログ信号変換部から出力された第一デジタル信号を入力し、入力した第一デジタル信号によって表される第一ビット数の値に対応する第二ビット数の値を前記リニアライズ変換情報に基づいて特定し、特定した第二ビット数の値を表す第二デジタル信号を出力するデジタル信号処理部と
   を備えたことを特徴とするアナログ信号変換装置。
2. 前記リニアライズ変換情報は、第一ビット数の値と、第一ビット数の値に相当する計測値を信号の強さと計測値とが線形に対応する線形アナログ信号で表した場合の線形アナログ信号の信号の強さに対応する第二ビット数の値とを対応付けた情報である
   ことを特徴とする請求項１記載のアナログ信号変換装置。
3. 前記第二ビット数は前記第一ビット数より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアナログ信号変換装置。
4. 信号の強さと信号の強さによって表される計測値とが非線形に対応している非線形アナログ信号における信号の強さと、非線形アナログ信号を増幅する利得であって増幅後の信号の強さと計測値とが線形になるような利得とを対応付けたリニアライズゲイン情報を記憶し、非線形アナログ信号を入力し、入力した非線形アナログ信号の信号の強さに対応する利得を前記リニアライズゲイン情報に基づいて特定するゲインコントローラと、
   前記ゲインコントローラに入力される非線形アナログ信号を入力し、入力した非線形アナログ信号の強さを前記ゲインコントローラにより特定された利得で増幅し、増幅により得られた信号を増幅アナログ信号として出力する増幅器と、
   前記増幅器から出力された増幅アナログ信号を信号の強さに対応する所定のビット数の値に変換し、変換により得られた値を表すデジタル信号を出力するアナログ信号変換部と
   を備えたことを特徴とするアナログ信号変換装置。
5. 前記リニアライズゲイン情報は、非線形アナログ信号の信号の強さと、非線形アナログ信号の強さに相当する計測値を信号の強さと計測値とが線形に対応する線形アナログ信号で表した場合の線形アナログ信号の信号の強さと非線形アナログ信号の信号の強さとの比率を表した利得とを対応付けた情報である
   ことを特徴とする請求項４記載のアナログ信号変換装置。
6. 前記非線形アナログ信号は、宇宙機の温度を計測するサーミスタから出力される信号であることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかに記載のアナログ信号変換装置。

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